Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Costa, Bruno Leandro Galvão
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - UEL/UTFPR
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36438
Resumo: The present thesis proposes the study of three-phase Unified Power Quality Conditioners (UPQC) operating in a coordinated and parallel manner, with two distinct topologies analyzed, working in dual/inverted active power compensation mode: i) a UPQC composed of a Three-Leg (3L) series voltage source inverter (VSI) and a Four-Leg (4L) parallel VSI, and ii) a UPQC composed of series and parallel NPC (Neutral Point Clamped) VSIs. In this context, was systematically developed throughout the work a linearized small-signal statespace model, considering a network composed of the aforementioned UPQCs operating in parallel, based on the droop control strategy, distribution lines and loads. In order to improve the control performance of UPQCs in parallel operation, this work also considers the application of the Differential Evolution (DE) metaheuristic to obtain an optimized adjustment of the parameters of the controllers involved in the system, particularly in the voltage and current control loops of the UPQCs, whose optimization process is related to the minimization of cost functions interrelated with the dynamic behavior of the system. Computational simulations are presented and evaluated considering general operating contexts, in which control strategies for the restoration of the frequency and voltage variables of the system are employed, in this case, secondary control loops and washout filters, being applied in conjunction with the droop control. Analyses of the active and reactive power flows are also performed for these simulations aiming at a better understanding of the parallel operation of the UPQCs. In addition, temporal responses were obtained for the linearized small-signal model developed and also illustrated aiming at its computational validation. Experimental tests were conducted considering the operation of only parallel VSIs of two UPQC prototypes, which were adapted to operate with 3L topologies, applied to three-wire systems, with the results of the parallelism of these converters being presented throughout the work.
id UTFPR-12_f54487e5b626e509703d3c33674fa9e5
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/36438
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paraleloCoordinated and optimized operation of three-phase unified power quality conditioners connected in parallelSistemas de energia elétrica - ControleModelagemAlgoritmosElectric power systems - ControlModelingAlgorithmsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAEngenharia ElétricaThe present thesis proposes the study of three-phase Unified Power Quality Conditioners (UPQC) operating in a coordinated and parallel manner, with two distinct topologies analyzed, working in dual/inverted active power compensation mode: i) a UPQC composed of a Three-Leg (3L) series voltage source inverter (VSI) and a Four-Leg (4L) parallel VSI, and ii) a UPQC composed of series and parallel NPC (Neutral Point Clamped) VSIs. In this context, was systematically developed throughout the work a linearized small-signal statespace model, considering a network composed of the aforementioned UPQCs operating in parallel, based on the droop control strategy, distribution lines and loads. In order to improve the control performance of UPQCs in parallel operation, this work also considers the application of the Differential Evolution (DE) metaheuristic to obtain an optimized adjustment of the parameters of the controllers involved in the system, particularly in the voltage and current control loops of the UPQCs, whose optimization process is related to the minimization of cost functions interrelated with the dynamic behavior of the system. Computational simulations are presented and evaluated considering general operating contexts, in which control strategies for the restoration of the frequency and voltage variables of the system are employed, in this case, secondary control loops and washout filters, being applied in conjunction with the droop control. Analyses of the active and reactive power flows are also performed for these simulations aiming at a better understanding of the parallel operation of the UPQCs. In addition, temporal responses were obtained for the linearized small-signal model developed and also illustrated aiming at its computational validation. Experimental tests were conducted considering the operation of only parallel VSIs of two UPQC prototypes, which were adapted to operate with 3L topologies, applied to three-wire systems, with the results of the parallelism of these converters being presented throughout the work.A presente tese propõe o estudo de condicionadores unificados de qualidade de energia (UPQC – do inglês Unified Power Quality Conditioner) trifásicos operando de forma coordenada e paralela, sendo duas topologias distintas analisadas, funcionando no modo de compensação ativa de potência dual: i) um UPQC composto por um inversor fonte de tensão (VSI – do inglês Voltage Source Inverter) série Three-Leg (3L) e um VSI paralelo Four-Leg (4L), e ii) um UPQC composto por VSIs série e paralelo NPC (do inglês Neutral Point Clamped). Nesse contexto, foi sistematicamente desenvolvido ao longo do trabalho um modelo linearizado de pequenos sinais em espaço de estados, considerando uma rede composta pelos referidos UPQCs operando em paralelo, baseados na estratégia de controle por decaimento (do inglês droop control), linhas de distribuição e cargas. No intuito de melhorar o desempenho em termos de controle dos UPQCs frente à operação em paralelo, este trabalho considera também a aplicação da metaheurística evolução diferencial (DE – do inglês Differential Evolution) para a obtenção de um ajuste otimizado dos parâmetros dos controladores envolvidos no sistema, particularmente, nas malhas de controle de tensão e de corrente dos UPQCs, cujo processo de otimização está atrelado à minimização de funções de custo inter-relacionadas com o comportamento dinâmico do sistema. Simulações computacionais são apresentadas e avaliadas considerando contextos gerais de operação, nas quais estratégias de controle para a restauração das variáveis de frequência e tensão do sistema são empregadas, neste caso, malhas de controle secundário e filtros washout, sendo aplicados em conjunto com o controle por droop. Análises dos fluxos de potência ativa e reativa também são feitas para estas simulações visando um melhor entendimento da operação em paralelo dos UPQCs. Além disso, respostas temporais foram obtidas para o modelo linearizado de pequenos sinais desenvolvido sendo também ilustradas visando sua validação computacional. Testes experimentais foram conduzidos considerando a operação apenas de VSIs paralelos de dois protótipos de UPQCs, os quais foram adaptados para operarem com topologias 3L, aplicados à sistemas a três fios, sendo os resultados do paralelismo destes conversores apresentados ao longo do trabalho.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCornelio ProcopioBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - UEL/UTFPRUTFPRSilva, Sergio Augusto Oliveira dahttps://orcid.org/0000-0003-3546-1088http://lattes.cnpq.br/7428189879295593Coelho, Ernane Antonio Alveshttps://orcid.org/0000-0002-5816-6332http://lattes.cnpq.br/9183492978798433Campanhol, Leonardo Bruno Garciahttps://orcid.org/0000-0002-1404-6507http://lattes.cnpq.br/8053457373498978Sampaio, Leonardo Poltronierihttps://orcid.org/0000-0002-6854-3015http://lattes.cnpq.br/5320781796971939Machado, Sebastian de Jesus Manriquehttps://orcid.org/0000-0003-1820-2164http://lattes.cnpq.br/2866118071883988Silva, Sergio Augusto Oliveira dahttps://orcid.org/0000-0003-3546-1088http://lattes.cnpq.br/7428189879295593Costa, Bruno Leandro Galvão2025-04-09T12:41:13Z2025-04-09T12:41:13Z2025-02-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCOSTA, Bruno Leandro Galvão. Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica - UEL/UTFPR) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2025.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36438porhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-09-26T19:59:00Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/36438Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-09-26T19:59Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo
Coordinated and optimized operation of three-phase unified power quality conditioners connected in parallel
title Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo
spellingShingle Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo
Costa, Bruno Leandro Galvão
Sistemas de energia elétrica - Controle
Modelagem
Algoritmos
Electric power systems - Control
Modeling
Algorithms
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Engenharia Elétrica
title_short Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo
title_full Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo
title_fullStr Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo
title_full_unstemmed Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo
title_sort Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo
author Costa, Bruno Leandro Galvão
author_facet Costa, Bruno Leandro Galvão
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Silva, Sergio Augusto Oliveira da
https://orcid.org/0000-0003-3546-1088
http://lattes.cnpq.br/7428189879295593
Coelho, Ernane Antonio Alves
https://orcid.org/0000-0002-5816-6332
http://lattes.cnpq.br/9183492978798433
Campanhol, Leonardo Bruno Garcia
https://orcid.org/0000-0002-1404-6507
http://lattes.cnpq.br/8053457373498978
Sampaio, Leonardo Poltronieri
https://orcid.org/0000-0002-6854-3015
http://lattes.cnpq.br/5320781796971939
Machado, Sebastian de Jesus Manrique
https://orcid.org/0000-0003-1820-2164
http://lattes.cnpq.br/2866118071883988
Silva, Sergio Augusto Oliveira da
https://orcid.org/0000-0003-3546-1088
http://lattes.cnpq.br/7428189879295593
dc.contributor.author.fl_str_mv Costa, Bruno Leandro Galvão
dc.subject.por.fl_str_mv Sistemas de energia elétrica - Controle
Modelagem
Algoritmos
Electric power systems - Control
Modeling
Algorithms
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Engenharia Elétrica
topic Sistemas de energia elétrica - Controle
Modelagem
Algoritmos
Electric power systems - Control
Modeling
Algorithms
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Engenharia Elétrica
description The present thesis proposes the study of three-phase Unified Power Quality Conditioners (UPQC) operating in a coordinated and parallel manner, with two distinct topologies analyzed, working in dual/inverted active power compensation mode: i) a UPQC composed of a Three-Leg (3L) series voltage source inverter (VSI) and a Four-Leg (4L) parallel VSI, and ii) a UPQC composed of series and parallel NPC (Neutral Point Clamped) VSIs. In this context, was systematically developed throughout the work a linearized small-signal statespace model, considering a network composed of the aforementioned UPQCs operating in parallel, based on the droop control strategy, distribution lines and loads. In order to improve the control performance of UPQCs in parallel operation, this work also considers the application of the Differential Evolution (DE) metaheuristic to obtain an optimized adjustment of the parameters of the controllers involved in the system, particularly in the voltage and current control loops of the UPQCs, whose optimization process is related to the minimization of cost functions interrelated with the dynamic behavior of the system. Computational simulations are presented and evaluated considering general operating contexts, in which control strategies for the restoration of the frequency and voltage variables of the system are employed, in this case, secondary control loops and washout filters, being applied in conjunction with the droop control. Analyses of the active and reactive power flows are also performed for these simulations aiming at a better understanding of the parallel operation of the UPQCs. In addition, temporal responses were obtained for the linearized small-signal model developed and also illustrated aiming at its computational validation. Experimental tests were conducted considering the operation of only parallel VSIs of two UPQC prototypes, which were adapted to operate with 3L topologies, applied to three-wire systems, with the results of the parallelism of these converters being presented throughout the work.
publishDate 2025
dc.date.none.fl_str_mv 2025-04-09T12:41:13Z
2025-04-09T12:41:13Z
2025-02-21
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv COSTA, Bruno Leandro Galvão. Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica - UEL/UTFPR) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2025.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36438
identifier_str_mv COSTA, Bruno Leandro Galvão. Operação coordenada e otimizada de condicionadores unificados de qualidade de energia trifásicos conectados em paralelo. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica - UEL/UTFPR) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2025.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36438
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - UEL/UTFPR
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - UEL/UTFPR
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498359681351680